ZHCY174A February 2018 – February 2019
為何選擇 SiC？
如前所述，為了實現(xiàn) CO2 減排目標，設(shè)計人員亟需實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率、更長的使用壽命和更緊湊的解決方案。遺憾的是，MOSFET 和 IGBT 已接近其理論極限。目前用于高壓 (>650V)/大功率應用的 IGBT 在超過 1kV 的電壓下已達到其絕對極限。
SiC FET 作為一種顛覆性材料問世，它具有比硅出色的材料特性，包括低導通電阻、高熱導率、高擊穿電壓和高飽和速度，如表 1 所示。
| 屬性 | 定義 | Si | SiC-4H |
| EG (eV) | 帶隙能量 | 1.12 | 3.26 |
| EBR (MV/cm) | 臨界電場擊穿電壓 | 0.3 | 3.0 |
| vs (x107cm/s) | 飽和速度 | 1.0 | 2.2 |
| μ (cm2/V.s) | 電子遷移率 | 1400 | 900 |
| λ (W/cm.K) | 熱導率 | 1.3 | 3.7 |
SiC 的擊穿電壓比硅高 10 倍，因此其導通電阻比硅
更低，從而可實現(xiàn)高電壓運行和低傳導損耗。SiC 的帶隙能量是硅的三倍，因此系統(tǒng)能夠在更高的結(jié)溫下運行。硅基功率器件在 150°C 的結(jié)溫 (Tj) 下運行，相比之下，SiC 的 Tj 更高（大于 200°C），因此可在環(huán)境溫度達到 175°C 或更高的環(huán)境中運行。例如，HEV 引擎蓋下方的功率轉(zhuǎn)換器就是在這種環(huán)境下工作的。
SiC 的高飽和速度和電子遷移率降低了開關(guān)損耗，并提高了系統(tǒng)工作頻率。反過來，這些優(yōu)勢可減少無源元件數(shù)量，從而減少系統(tǒng)的尺寸和重量。SiC 的熱導率是硅的三倍，可降低系統(tǒng)的冷卻需求。
所有這些特性都有助于實現(xiàn)高能效、穩(wěn)健且緊湊的系統(tǒng)。圖 2 所示為 SiC 的材料特性值及其相應的系統(tǒng)優(yōu)勢。
在汽車應用方面，緊湊的系統(tǒng)能夠更輕松地將電力電子設(shè)備集成到牽引電機中，從而減小 HEV/EV 的整體重量和尺寸。加之更高的效率和穩(wěn)健的特性，這可以顯著
圖 2 SiC 的材料特性及系統(tǒng)優(yōu)勢。增加行駛里程數(shù)，從而幫助消費者節(jié)約更多能源。